摘要：实现井下泵房的远程控制与监测，是综合自动化建设的重要组成部分。自动排水系统可以由水位传感器实时检测水仓水位并通过PLC可编程控制器自动控制水泵的开停，检测运行参数、分析参数进行对设备的保护。本文以上海大屯能源股份公司姚桥煤矿-400水平中央泵房为例，结合该泵房自动化控制系统改造实例，简要介绍基于PLC 的自动控制系统在煤矿主排水泵房的应用。
关键词：PLC；自动控制；煤矿；主排水泵房；无人值守
Application of PLC based automatic control system in main drainage pump house of coal mine
GuoShaoKai
Yaoqiao Coal Mine of Shanghai Datun Energy Co., Ltd JiangSu PeiXian 226111
摘要：It is an important part of comprehensive automation construction to realize the remote control and monitoring of underground pump house.The automatic drainage system can detect the water level of the water tank in real time by the water level sensor and automatically control the start and stop of the water pump by PLC, detect the operation parameters and analyze the parameters to protect the equipment.
引言：在煤矿矿井建设和生产过程中，随时都有各种来源的水涌入矿井。矿井排水设备不仅要排出各时期涌入矿井的水，而且在遭到突然涌水的袭击有可能淹没矿井的情况下，还要抢险排水。因此，煤矿主排水泵房是煤矿建设和生产中不可缺少的，排水系统的安全可靠运行对保证矿井安全生产起着非常重要的作用。
一、煤矿主排水泵房概况
以往矿井下主排水系统完全采用人工控制，水泵开停的一系列操作均由人工完成。无法实时监视水位，做不到自动开停水泵，这将严重影响煤矿自动化管理水平和经济效益，同时也容易由于人为因素造成安全隐患。
实现井下泵房的远程控制与监测，是综合自动化建设的重要组成部分。自动排水系统可以由水位传感器实时检测水仓水位并通过PLC可编程控制器自动控制水泵的开停，检测运行参数、分析参数进行对设备的保护。目前,在矿井泵房的排水系统设计中,一般设置多台多级离心水泵，一组工作、一组备用，并设置了用于轮换检修的水泵。这些水泵电压高、功率大、运行工况复杂，人工很难做到实时监控。另外，对于水泵启动前吸水管路的充水（抽真空）、水仓水位监测、泵房内设备的运行与管理等工作，普遍采用人工操作方式，而自动化控制能改变传统模式操作过程繁琐、劳动强度大、人为因素多、启泵时间长、自动化程度低，为提高安全生产奠定了坚实的基础。
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图1
二、自动控制系统组成
姚桥煤矿-400水平中央泵房水泵自动控制系统主要由PLC控制柜、传感器、地面监控计算机、工业监视器等构成，实现了井下排水泵的远程、就地、自动和手动控制。
系统的PLC控制硬件由5套独立运行的PLC系统组成。每台PLC控制上配置操作按钮和触摸屏，用于设置水泵的控制方式、就地控制和显示相关参数。泵房中的5台PLC分站。地面计算机和井下PLC 主站采用光缆传输信号，分站及分站之间采用网络通讯连接。每个PLC控制柜负责控制一台水泵的开停。每个PLC控制柜也可脱离网络独立构成单台水泵控制装置。控制系统结构图如图1：
1、地面监控系统组成
地面监控系统由工控机、工业监视器和交换机组成。工控机通过上位机软件和井下PLC系统进行通信，实时读取现场关键数据，并记录保存以备日后查询。工业监视器用于显示井下水泵的实时画面，让操作人员更方便的观察水泵运行情况。
2、井下PLC控制系统
井下PLC控制系统主要由操作箱、真空电磁阀、射流电磁阀、真空传感器、射流传感器和超声波水位计、温度传感器、电流传感器、压力传感器、流量传感器组成。
PLC操作控制箱主要由触摸屏、西门子S7-1200PLC和辅助电器设备等组成。西门子S7-1200PLC是整个控制系统的核心部分。PLC部分由电源模块、CPU、数字量输入模块、数字量输出模块和模拟量模块组成。它们的作用是采集各部分设备的返回信号和发出控制信号，负责控制各部分工作；采集真空值、压力值和水位模拟量。
三、自动控制系统工作原理
1、水泵启动过程原理
水泵在接受到开泵命令后，PLC根据设定条件（如出水阀门关反馈、电机开关柜分反馈、无水位低等）判断此时是否满足开泵条件。满足开泵条件，系统打开真空电磁阀，5s后打开射流阀，进入抽真空阶段。当达到真空条件后（真空值达到设定值并稳定180s后），开关柜合闸启动电机，PLC收到开关柜合闸反馈信号后开启出水电动阀门，出水电动阀门开到位后水泵启动过程完成。
2、水泵停泵过程原理
当水泵收到停泵命令或运行过程中出现故障，系统先关闭出水电动阀门，出水电动阀门关到位后，开关柜分闸停掉电机，停泵过程结束。急停时，同时进行开关柜分闸停电机和关闭出水电动闸门。
四、主要控制功能及特点
1、控制功能
（1）系统通过实时监测水仓水位和峰谷电价时机，在无人值守的情况下，按设定的程序、规则，合理调度5台水泵自动启动或停止；
（2）在地面调度室，通过监控计算机WinCC监控界面操作实现主排水泵的启停；
（3）在主排水泵房现场，通过每台水泵的控制箱操作来控制水泵的一键启停；
（4）保留原有的分步纯手动控制方式。
2、显示功能
系统实时监测主排水泵的各项参数数据，在地面监控计算机WinCC界面和井下操作箱的触摸显示屏上同时显示。包括水仓水位、水泵吸水管真空度、出口压力、各进水管流量、设备主要部位的温度、电机电流、水泵高压启动柜真空接触器的状态、电动闸阀的位置、真空阀的状态、射流阀状态、水泵的工作状态等参数。
系统还具备视频监控显示，主排水泵房每台水泵安装一台监控摄像头，实时显示排水泵影像。
3、保护、报警功能
系统具备温度、压力、电流、烟雾、水位等保护功能，当某一被检测参数超限或设备工作不正常时，在井下操作台和地面的计算机显示屏上均有报警显示。在开泵或停泵过程中，检测到某一设备出现故障时，能及时处理并在上位机和操作台都显示报警信息。
4、信息管理功能
地面监控计算机可记录所有水泵操作记录、电流曲线、压力曲线、报警记录等历史记录，为排水系统统计数据、排查故障等都提供了坚实的基础。
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五、结语
系统自动控制启停主排水泵，实现了煤矿井下排水系统的自动化控制，实现井下主排水泵房无人值守，可减少操作人员8人以上，只需保证定期巡检；系统减少了人为操作失误、隐患，提高主排水系统稳定可靠性；系统监测手段完善，保护功能齐全，及时对设备故障进行报警并停泵，延长水泵、电机使用寿命，减少排水事故损失，具有较大的经济效益和安全效益。
系统符合煤矿“智慧化”矿山建设和发展需要，提高“四化”水平和生产效率，减轻职工劳动强度，提升安全保障能力，对矿井的安全生产具有重要意义。
参考文献
[1]张孝颖、张丰敏、张学松.PLC在煤矿井下主排水控制系统中的应用.中国煤炭，2002年8月第28卷第8期.
[2]王永华.现代电气控制及PLC应用技术.北京航空航天大学出版社，2008.
[3]张广龙、史丽萍.矿井中央水泵房综合自动化系统的设计模式.煤矿机电，2005年第4期.
论文作者:郭绍凯
论文发表刊物:《电力设备》2019年第21期
论文发表时间:2020/3/16
标签：水泵论文; 泵房论文; 井下论文; 水位论文; 矿井论文; 煤矿论文; 操作论文; 《电力设备》2019年第21期论文;